燃煤电厂超低排放改造脱硫CEMS系统的选型分析

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     目前有很多电厂已经完成了超低排放改造，超低排放要求在基准氧含量6%条件下，烟尘、二氧化硫、氮氧化物排放浓度分别不高于5、35、50 mg/Nm3。火电厂原有的CEMS设备难以满足超低排放改造后监测及监督要求，也需要进行相应的升级改造。该文即介绍火电厂超低排放改造脱硫CEMS的选型。

     湿法脱硫入、出口CEMS一般设置SO2、O2、NOx、温度、压力、流量、烟尘、湿度等测点。

      CEMS系统多采用直接抽取法和稀释抽取法。SO2分析方法有：非分散红外吸收法、紫外吸收法、稀释紫外荧光法。其中以非分散红外吸收法最多，它是一种基于气体吸收理论的方法，红外光源发出的红外辐射经过一定浓度待测的气体吸收之后，与气体浓度成正比的光谱强度会发生变化，测量相关波段红外线的衰减幅度即可测量相应气体的浓度。应用该原理的分析仪有西门子ULTRAMAT 23，ABB公司的EL3020/AO2020系列，日本HORIBA公司的ENDA-600，艾默生公司的X-STREAM，SICK MAIHAK的S710,Environnement S.A（法国环境） MIR9000等。

      紫外吸收法通过SO2对紫外特征光谱的吸收原理进行测定，该方法国内CEMS厂家采用较多，以杭州聚光的CEMS-2000为代表，另外国外ABB公司的EL3020/AO2020分析仪等也有紫外分析模块，其在国内电厂中相对应用较少。

      稀释紫外荧光法在稀释抽取法中运用较多。紫外荧光法是基于分子发射光谱法，主要有美国热电子(Thermo Electron公司)的43I，日本HORIBA公司的APSA-370，上海华川环保科技有限公司的美国API等。

       NOx分析方法主要有：非分散性红外吸收法(NDIR法)、紫外吸收法和稀释-化学发光法等。非分散性红外吸收法的分析原理及厂家品牌同SO2分析仪。

        化学发光法测量NOX是根据NO和臭氧气相发光反应的原理制成的。把被测气体连续抽入仪器，其中的NOX经过NO2-NO转化器后，都变成NO进入反应室，在反应室内与臭氧反应生成激发态NO2。当激发态NO2回到基态时，就会放出光子，光子通过滤光片和光电倍增管后转变为电力信号，电流信号的大小与NO的浓度成正比。应用该原理的主要有美国热电子(Thermo Electron公司)的42I，日本HORIBA公司的APNA-370，上海华川环保科技有限公司使用的美国API等。

         检测O2大多采用电化学氧化锆法或热磁法测量烟气中O2，也有采用电化学原电池法测量O2。

         随着超低排放改造的逐步实施，火电厂原有的CEMS设备，尤其以非分散性红外吸收法(NDIR法)分析原理的多组分分析仪为代表难以满足超低排放下的排放监测及监督要求。主要表现在两个方面：首先是量程过大，尤其是超低排放出口的量程过大，其次是测量精度不够。因此需要对原有CEMS系统进行改造或更换。从CEMS分析原理来看，使用稀释抽取法的CEMS分析仪，精度和量程都容易满足超低排放的要求。

         譬如美国热电子(Thermo Electron公司)的43I和日本HORIBA公司的APSA-370 SO2分析仪，其低量程都可以设置为0～100 mg/m3(可根据需求定制)，检出下限为0.01 mg/Nm3;美国热电子的42I和日本HORIBA公司的APNA-370的NOx分析仪，其低量程可以设置为0～50 mg/m3(可根据需求定制)，检出下限为0.01 mg/Nm3，均可以满足超低排放的要求。

         MIR9000型分析仪是非分散红外多组分气体分析仪，应用了气体过滤相关技术(GFC）。CLD型MIR9000包括了一个内置的化学发光法模块用于测量氢氧化物（NOx）。 化学发光法是目前测量超低浓度氮氧化物最佳选择。MIR 9000 CLD是CEMS超低排放监测领域获得QAL1认证的可监测浓度最低的一款产品。MIR 9000 CLD为氮氧化物提供高性能的测量,通过顺磁传感器也可高精度的测量O2。独家特性: 20 mg/Nm3 QAL1认证量程。                       
         直接抽取法原理的CEMS设备则需要CEMS厂家进行相应的改造来达到超低排放的要求。以北京雪迪龙公司的SCS-900西门子ULTRAMAT 23为例。常规CEMS无法满足“超低排放”低浓度气体的准确测量的原因为采用管路吸附，待测气体溶于水等，造成待测气体损失以及管路腐蚀严重。针对这个问题，对预处理系统进行了改造，采用快速旁路，缩短样气在管路中停留时间，减少管路对待测气体的吸附，采用渗透管脱水技术，待测气体无损失。改造后该分析仪低量程可以设置为0～100 mg/m3，检出下限亦能满足超低排放要求。该产品在某电厂的超低排放改造中得到了很好的应用，通过了环保部门的验收。

       光散射法在火电厂粉尘测量中应用较多。光散射法基于光散射原理，经过调制的激光或红外平行光束射向烟气，烟气中的烟尘将入射光向所有方向散射，经烟尘散射的光强在一定范围内与烟尘浓度成正比例，通过测量散射光强度来定量烟尘浓度。

        超低排放改造后该方法在脱硫入口仍然适用，但不适用于脱硫出口，因为脱硫出口烟气中水分含量比较大，且粉尘含量较低。超低排放中对于脱硫出口粉尘的测量采用抽取法，系统通过等速取样装置从烟道中连续抽取代表性烟气，加热到结露点温度以上使水滴蒸发，然后测量干烟气条件下的颗粒物浓度。

        该类型粉尘仪通常采用窄角度前散色测量方式，使颗粒物类型和折射率变化的影响最小化。此类型粉尘仪常用的产品有英国/法国 ESA-PCME PM1820WS（Environnement S.A 在2014年收购PCME），德国杜拉革DURAG D-820F，德国福德世的PFM06ED，中国安荣信的LFS1000—MO，这些粉尘仪的低量程为0～15 mg/m3，均可满足超低排放的要求。目前只有ESA-PCME PM1820WS可以做到真正意义上的等速采样。

       烟气流量的测量也是CEMS测量中的一个难点，主要是烟气管道的管径大，前后直管道短，测量装置容易堵塞。根据环保部相关文件：对普遍存在的烟气流速(流量)测量不准等问题应按技术规范要求调整采样点位，不具备调整条件的，换装矩阵式流速仪等新型设备。

      目前在超低排放改造工程中，大部分电厂采用矩阵式流量计测量烟气流量。矩阵式流量计是基于类孔板原理，在烟道截面上采用等截面多点测量，根据各测量截面尺寸的大小、直管段长短等因素确定测量点数，将许多个测量点等截面有机地组装在一起，正压侧与正压侧相连，负压侧与负压侧相连，正、负压侧各引出一根总的引压管，分别与差压变送器的正、负端相连，测得截面的平均速度，然后计算出烟气流量。矩阵式流量计的主要厂家有南京益彩、南京友智等，在国内火电厂均有较多的应用。

     超低排放改造后CEMS系统中O2、温度、压力、湿度等设备的选型与超低改造前的基本一致，该文不再详述。
由于CEMS设备选型决定了火电厂的运行质量，超低排放改造对火电厂CEMS系统提出了更高的要求，深入比较和分析CEMS测量技术对于设计、选型和应用具有较大的借鉴意义。摘自《科技创新导报》